粉末冶金的主要加工阶段组成的成形及制造技术

粉末冶金是由三个主要加工阶段组成的成形和制造技术。首先，主要材料是物理粉末，分成许多小颗粒。接下来，将粉末注射到模具中或通过模具以产生非常接近要制造的物体的尺寸的弱粘结结构(通过冷焊)。通常使用每平方英寸10-50吨的压力。此外，为了在更复杂的工件上获得相同的压缩比，通常需要使用下冲头和上冲头。通过施加压力、高温、长凝固时间(在此期间发生自焊接)或其任意组合来形成端部。用于形成和固结粉末的两种主要技术是烧结和金属注射成型。发展使用金属粉末生产产品的快速制造技术成为可能。因为使用这种技术，粉末是熔化的而不是烧结的，所以可以获得更好的机械强度。粉末冶金和陶瓷烧结技术密切相关。烧结包括从初始粉末生产硬质固体金属或陶瓷片。有证据表明，铁(铁)粉末早在公元前1200年就被熔化成坚硬的物体。在这些早期的制造操作中，铁是在还原后用手从金属海绵中提取出来的，然后作为粉末重新引入，用于熔化或烧结。

与熔融材料的直接合金化相比，粉末工艺可以获得更广泛的产品。在熔化操作中，“相规则”适用于所有纯元素和组合元素，并严格规定了特定成分可能存在的液相和固相的分布。此外，合金化需要原材料的整体熔化，因此对制造造成了不受欢迎的化学、热和密封限制。不幸的是，铝/铁粉的处理带来了很大的问题。其他对大气中的氧特别有反应性的物质，如锡，在大气中或临时涂层中是可烧结的。

粉末固结

通过将大量粉末成型，然后固结以形成颗粒间冶金结合来生产部件或制品。高温扩散过程称为烧结，有时由外部压力辅助，实现这一点。尽管在烧结过程中可能会有少量的液体存在，但材料不会熔化。烧结可被视为焊接以初始有用形状存在的颗粒。

冷等静压

等静压粉末压制是一种节省质量的成型工艺。将细金属颗粒放入柔性模具中，然后向模具施加高压气体或流体。然后将所得制品在炉中烧结。这通过结合金属颗粒增加了零件的强度。这种制造过程产生的废金属非常少，可以用来制造许多不同的形状。金属粉末装在一个外壳内，如橡胶薄膜或金属罐，受到等静压，即在所有方向上均匀的外部压力。由于压力是等静压的，压制的部件具有均匀的密度。不规则形状的粉末颗粒必须用于在压制部件中提供足够的生坯强度。然后在合适的气氛中烧结，得到所需的产品。

热等静压

粉末通常封装在金属容器中，但有时也封装在玻璃中。容器被抽空，粉末被排出气体，以避免在固结阶段和密封期间任何残留气体污染材料。然后将其加热并经受足以使容器和粉末塑性变形的等静压。热等静压通过施加900华氏度(480摄氏度)至2250华氏度(1230摄氏度)的热量来同时压缩和烧结零件。氩气是热等静压中常用的气体，因为它是一种惰性气体，因此可以防止操作过程中的化学反应。粉末的致密化速率取决于所选温度和压力下粉末的屈服强度。在中等温度下，粉末的屈服强度仍然很高，需要高压才能在经济时间内产生致密化。铁合金的典型值可能是1120℃和100兆帕。通过在非常高的温度下压制，由于材料的屈服强度较低，所以需要较低的压力。使用玻璃外壳，大气压(15磅/平方英寸)用于加固棒材和较大的坯料。

热锻(粉末锻造)

冷压和烧结部件具有接近形状(接近净形状)的巨大优势，但不是致密的。如果致密化对于提供足够的机械性能至关重要，可以使用热锻或粉末锻造技术。

烧结

烧结是加热粉末压块使相邻颗粒熔合在一起的过程，从而产生与粉末压块相比具有改善的机械强度的固体制品。颗粒的这种“融合”导致零件密度的增加，因此这一过程有时被称为致密化。有一些工艺，如热等静压，将压制和烧结工艺结合成一个步骤。在粉末锻造中，压制件通常被加热到明显低于材料通常烧结温度的锻造温度，然后在闭合模具中锻造。这产生了具有锻模形状和适当机械性能的致密的部件。

金属注射成型

注射成型广泛用于在复杂模具中生产准确成形的塑料部件。由于注射压力低，通过使用侧型芯和拼合工具，可以制造复杂的部件，甚至一些带有内螺纹的部件。通过将直径通常小于20毫米的细球形金属粉末与热塑性粘合剂混合，金属填充的塑料部件可以生产出具有许多注射成型塑料所具有的特征。注射成型后，去除塑料粘合剂材料，留下金属骨架，然后在高温下烧结。